一、前言

磁致伸縮傳感器具有測量精度高、使用壽命長、耐腐蝕、耐塵、耐壓、耐高溫、耐高振蕩等一系列特點(diǎn)，已在行程測量和液位測量中得到了愈來愈多的應(yīng)用。由于它的測量原理是通過計(jì)算兩個不同磁場相交所產(chǎn)生應(yīng)變脈沖信號的時間周期，再根據(jù)聲波的傳遞速度獲得準(zhǔn)確的位置值。在測量過程中，傳感器內(nèi)波導(dǎo)管的電流脈沖和應(yīng)變脈沖不可避免地對測量的輸出信號產(chǎn)生一定的干擾，強(qiáng)度可以達(dá)到滿量程的0.2%。在一些模擬控制系統(tǒng)中，它的影響程度不明顯、可以忽略。若對高精度的數(shù)字式控制系統(tǒng)，它的影響程度是很明顯的，甚至于影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須予以消除。

二、輸出信號的特點(diǎn)

圖1是計(jì)算機(jī)通過AD采集卡得到的磁致伸縮傳感器的輸出信號，此時磁環(huán)與測桿處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。從圖1可以看出測量的穩(wěn)定值為2920,AD卡的模數(shù)轉(zhuǎn)換精度為±1;干擾脈沖的峰值為4、周期約2ms,是一個頻率較高的干擾；每個千擾周期內(nèi)，干擾段與正常段之比為1:4,若測量點(diǎn)落入正常段，獲得的測量值是正確值，否則為干擾值?？梢姴捎脝未螠y量方法，得到非正常值的機(jī)率是比較高的，接近20%。因此在高精度的測量場合下，測量一個位置值，最好是進(jìn)行連續(xù)的多次測量，得出一組測量值，并使這組測量值至少包含一個干擾周期，以便從中獲得一個能夠代表正確值的測量值。這組測量值中的最小值，就是正確的測量值，即測量信息特征值。得出的正確測量值，還應(yīng)進(jìn)行必要的平滑濾波，以避免測量過程中出現(xiàn)的意外干擾。本文的濾波方法就是基于此思路實(shí)現(xiàn)的。

圖1:計(jì)算機(jī)測到的磁致伸縮傳感器信號

三、濾波算法

1、采樣間隔T的選取

采樣間隔T應(yīng)以香農(nóng)采樣定理為確定的依據(jù)，以使采樣的數(shù)據(jù)能正確的反映實(shí)際情況，這對于動態(tài)測量尤為重要。根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣間隔T為：

T≤2π/2wh （S）

這里，wh為被測信號中最大的角頻率分量。根據(jù)圖1的特性，可以計(jì)算出來能夠正確反映被測信號的采樣間隔T=0.1ms?？紤]到采樣的目的是獲取信號中的最小值，采樣間隔T可以適當(dāng)加大，提高采樣效率。取T為0.25ms,每組采樣數(shù)為8個，是比較合適的。

2、濾波框圖

濾波框圖見圖2,得出的AD[k]為當(dāng)前時刻的測量值。

圖2:磁致伸縮位移傳感器濾波圖

四、試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上節(jié)濾波算法編制的軟件，在兩個典型的測量場合中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。圖3是對磁環(huán)處于靜態(tài)時的靜態(tài)特性測量，圖4是對磁環(huán)處于運(yùn)動時的動態(tài)特性測量。每組圖中，上圖是原始測量曲線，下圖為通過濾波算法后得出的測量曲線。

圖3的下圖表明本算法具有良好的測量精度和穩(wěn)定性，同時還減輕了AD采集卡的轉(zhuǎn)換精度對測量精度的影響。圖4的下圖表明本算法不僅具有良好的測量精度和穩(wěn)定性，同時還具有良好的動態(tài)測量特性。

圖3:磁致伸縮傳感器靜態(tài)測量

圖4:磁致伸縮傳感器動態(tài)測量

五、結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的基于特征值提取的平滑濾波的數(shù)字濾波方法，具有算法簡潔、測量精度高、動態(tài)特性好的特點(diǎn)，很好地解決了磁致伸縮傳感器輸出信號的濾波問題。同時也說明，通過合適的濾波方法，能夠使該類傳感器充分發(fā)揮測量精度高的特點(diǎn)，有助于擴(kuò)展其在高精度測量場合中的應(yīng)用。

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